自動化開關(guān)控制下配電主站自愈狀態(tài)驗證仿真

王子滔

（深圳供電局有限公司 廣東省深圳市 518000）

為了保障電力市場的穩(wěn)定運行，需要全面考慮到在自動化開關(guān)控制下，站點運行的自愈狀態(tài)，相關(guān)主站自愈狀態(tài)的研究，屬于我國電力產(chǎn)業(yè)長期以來的研究話題，主要是指配電站在運行過程中，與地面站點之間的交互與協(xié)同能力，對其自愈模式進(jìn)行劃分，可將其劃分為四種類型，分別為集中式自愈狀態(tài)、級差保護(hù)自愈狀態(tài)、主站協(xié)同狀態(tài)、智能協(xié)同分布自愈狀態(tài)[1]。其中第一種類型主要是指，當(dāng)主配電站與終端保持良好溝通與信息交互時，實時獲取的配電設(shè)備運行信息、故障運行狀態(tài)下集中信息，此時，配電主站通過計算機輔助人工操作的方式，在遠(yuǎn)程端進(jìn)行開關(guān)的自動化調(diào)頻與控制，通過此種方式，可實現(xiàn)對配電主站運行方式的有效調(diào)配與操控，滿足對故障信號與斷路的高效隔離，避免出現(xiàn)斷電時間超出控制的問題[2]。目前，此種狀態(tài)屬于主配電站的主要自愈方式，也是電力市場內(nèi)較為常用的自愈模式。為了進(jìn)一步判斷主配電站在運行中的狀態(tài)，本文將基于自動化開關(guān)控制條件下，設(shè)計一種配電主站自愈狀態(tài)驗證仿真方法，致力于通過對配電主站運行電路的仿真，實現(xiàn)前端與后端的雙向?qū)崟r交互，以此解決配電主站在運行中的多種故障問題，保障電力單位與供電站的穩(wěn)定持續(xù)與安全運行。

1 自動化開關(guān)控制下配電主站自愈狀態(tài)驗證仿真方法設(shè)計

1.1 配電主站故障場景模擬

為實現(xiàn)對自動化開關(guān)控制下配電主站自愈狀態(tài)驗證仿真，本文基于配電主站常見幾種能夠通過自愈方式完成保護(hù)的線路故障類型，針對其特點，對其場景進(jìn)行模擬。通常情況下配電主站的故障類型可分為簡單線路故障類型和復(fù)雜線路故障類型[3]。兩種故障類型又可進(jìn)一步細(xì)化，其中簡單線路故障包括出口、母線、線路、末端和負(fù)荷故障等；復(fù)雜線路故障包括聯(lián)絡(luò)線路、沒有轉(zhuǎn)供路徑、越級跳等[4]。為方便論述，本文分別以簡單故障類型中的出口故障和復(fù)雜故障類型中的聯(lián)絡(luò)線路故障為例，針對其故障場景進(jìn)行模擬。

（1）針對出口故障場景進(jìn)行模擬，圖1為配電主站中典型出口故障線路連接示意圖。

圖1中，箭頭位置表示為出現(xiàn)故障問題位置；S1、S2、S3分別表示為配電主站中的三個斷路器裝置；A1～A12分別表示為該線路結(jié)構(gòu)當(dāng)中的12個開關(guān)裝置；B1～B15分別表示為該線路結(jié)構(gòu)當(dāng)中的另外15個開關(guān)裝置。從圖1可以看出，出口故障的場景為：當(dāng)配電主站當(dāng)中出現(xiàn)出口故障時，其中一個斷路器裝置會出現(xiàn)開關(guān)跳閘現(xiàn)象，并導(dǎo)致配電主站所在的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)再次失壓分閘現(xiàn)象[5]。在后續(xù)運行過程中，當(dāng)斷路器需要進(jìn)行開關(guān)重合閘時，由于出口故障問題已經(jīng)產(chǎn)生，因此會出現(xiàn)第二次的跳閘現(xiàn)象。

（2）針對聯(lián)絡(luò)線路故障場景進(jìn)行模擬，圖2為配電主站中典型聯(lián)絡(luò)故障線路連接示意圖。

圖2中，兩個箭頭指向位置表示為出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)故障的位置，其他符號所表示的含義與圖1相同，不進(jìn)行過多贅述。從圖2可以看出，出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)故障的場景為：當(dāng)配電主站當(dāng)中出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線路故障時，其中某一斷路器裝置會出現(xiàn)開關(guān)跳閘現(xiàn)象，導(dǎo)致線路連接運行后再次出現(xiàn)失壓分閘現(xiàn)象[5]。同時，由于受到該斷路器裝置的影響，A1～A5，共五個開關(guān)會按照連接順序依次出現(xiàn)短時間的延時合閘現(xiàn)象，而開關(guān)A5由于在合閘的過程中會與故障位置重合，最終導(dǎo)致多個開關(guān)出現(xiàn)故障問題[7]。同時，由于受到其中一個斷路器裝置的影響，出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)問題，因此另外兩個斷路器也會同樣產(chǎn)生開關(guān)跳閘現(xiàn)象，進(jìn)一步影響到整個配電主站當(dāng)中的所有電路上的開關(guān)出現(xiàn)短時間的延時合閘現(xiàn)象，而與故障位置重合的開關(guān)由于受到影響，會再次出現(xiàn)嚴(yán)重的失壓分閘問題[8]。基于上述多種不同配電主站故障問題，本文選擇以GIS結(jié)構(gòu)為依托，該結(jié)構(gòu)當(dāng)中含有母線、開關(guān)、各類互感裝置等電子元器件，通過GIS對各類元器件的高度集成化處理，形成一個能夠模擬配電主站線路的完整電路結(jié)構(gòu)，以此在該結(jié)構(gòu)當(dāng)中實現(xiàn)對各種不同故障線路的場景模擬。

1.2 構(gòu)建自動化開關(guān)控制下配電主站模型

通常情況下，在自動化開關(guān)控制中，配電主站的自愈狀態(tài)是短暫的，因此本文在構(gòu)建配電主站模型時，對于配電主站中換流變壓裝置的變化忽略不計。針對交直流混合配電主站及其暫態(tài)穩(wěn)定，采用平均值模型作為本文配電主站模型的依托，得出配電主站模型可用如下公式表示：

圖1：典型出口故障線路連接示意圖

圖2：典型聯(lián)絡(luò)故障線路連接示意圖

表1：兩種驗證仿真方法實驗結(jié)果對比表

公式（1）中，Ur表示為配電主站變壓器網(wǎng)側(cè)交流母線電壓；Ui表示為配電主站閥側(cè)交流母線電壓；ni表示為配電主站變壓器網(wǎng)側(cè)變比； 表示為配電主站閥側(cè)變比。對于在自動化開關(guān)控制下的配電主站，盡管在調(diào)節(jié)電流過程中，其開環(huán)時間處于一種常數(shù)固定不變狀態(tài)，但在對電流進(jìn)行實際控制過程中，其自愈狀態(tài)是配電站直流電流，通過對其進(jìn)行閉環(huán)與反饋控制后得出的，此時電流量屬于一個整定數(shù)據(jù)量，而上述提出的調(diào)節(jié)行為，對于其自愈行為而言，屬于一個時間較短的過程[9]。因此，通過上述公式表示的自動化開關(guān)控制配電主站模型，能夠為后續(xù)對配電主站自愈狀態(tài)測試提供依托。

1.3 實時配電主站自愈狀態(tài)測試

在對配電主站自愈狀態(tài)進(jìn)行測試時，利用本文上述構(gòu)建的多個不同故障場景，分別通過自動化開關(guān)控制中的相關(guān)機制，對四種不同自愈模式進(jìn)行測試，分別為主站集中型自愈模式、級差保護(hù)協(xié)同型自愈模式、電壓-時間/電流協(xié)同型自愈模式和智能分布式協(xié)同型自愈模式。根據(jù)不同的自愈模式，在本文上述構(gòu)建的故障場景當(dāng)中引入不同的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及通信方式，分別對其自愈過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行記錄。在進(jìn)行對配電主站自愈狀態(tài)的分析時，還需要確保告警信號采集時間、自愈保護(hù)整定時間等相互配合，以此避免在測試過程中出現(xiàn)信號采集不完整，造成對自愈狀態(tài)的錯誤判斷。同時，在模型當(dāng)中，能夠?qū)ε潆娭髡咀杂锻藸顟B(tài)進(jìn)行設(shè)置，針對指定的饋線，進(jìn)行自愈投退狀態(tài)的設(shè)定以及自愈執(zhí)行狀態(tài)的切換。按照自愈狀態(tài)的需要，對其執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行自動和半自動控制。

2 對比實驗

本文通過上述論述，完成對自動化開關(guān)控制下配電主站自愈狀態(tài)驗證仿真方法的理論設(shè)計，為進(jìn)一步探究該方法在實際應(yīng)用中的效果，將其與傳統(tǒng)仿真方法引入到某電力企業(yè)的配電主站當(dāng)中，分別模擬配電主站故障線路及自愈狀態(tài)后，將其與實際自動化開關(guān)控制下配電主站的自愈狀態(tài)進(jìn)行對比。本文選擇的配電主站直流線路輸送功率分別為1500MV、7200MV、6400MV和7500MV。該配電主站當(dāng)中存在頻率為0.25Hz，阻尼比為0.08。在該配電主站連接線路當(dāng)中引入三種普通線路故障和兩種復(fù)雜線路故障，分別在不同故障狀態(tài)下，引入自動化開關(guān)控制自愈保護(hù)，由兩種仿真方法對配電主站自愈過程中的狀態(tài)進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果與實際配電主站自愈狀態(tài)進(jìn)行對比，得出如表1所示的實驗結(jié)果對比表。

表1中自愈時間為配電主站在發(fā)現(xiàn)存在故障問題開始到恢復(fù)正常運行所消耗的時間，上報速度為配電主站在自愈狀態(tài)下將與此次故障相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)焦芾碇行牡臅r間。從表1中實驗結(jié)果可以看出，通過本文仿真方法模擬得出的自愈時間和上報速度與實際該配電站自愈狀態(tài)下的自愈時間和上報速度完全一致，實現(xiàn)對其精準(zhǔn)模擬，而傳統(tǒng)仿真方法模擬得出的結(jié)果無論是自愈時間還是上報速度均與實際情況相差較大。同時，在實驗過程中，利用本文方法對配電主站自愈狀態(tài)進(jìn)行驗證能夠?qū)崿F(xiàn)對仿真數(shù)據(jù)的校驗，并對配電主站線路是否處于非合環(huán)運行狀態(tài)、是否具備有效的恢復(fù)路徑以及拓?fù)溥B通結(jié)構(gòu)是否正確等都能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，以此在各項條件均達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下，實現(xiàn)對自動化開關(guān)控制下配電主站自愈狀態(tài)的驗證和仿真。因此，通過對比實驗證明，本文提出的仿真方法在應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對實際配電主站自愈狀態(tài)的模擬，為自動化開關(guān)控制提供可靠控制依據(jù)。在實際應(yīng)用中，配電主站線路首次投入前，可以先利用本文提出的仿真方法對其自檢狀態(tài)進(jìn)行驗證，當(dāng)通過驗證后，才能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到實際自動化開關(guān)控制下的配電主站當(dāng)中。

3 結(jié)束語

本文通過開展自動化開關(guān)控制下配電主站自愈狀態(tài)驗證仿真研究，基于配電主站運行需要，提出一種全新的仿真方法，并通過實驗對該方法的優(yōu)勢進(jìn)一步驗證。同時，利用將本文方法應(yīng)用于實際能夠為配電主站運行提供與實際運行完全相同的仿真環(huán)境，實現(xiàn)對其自愈狀態(tài)的驗證，最終得到更加可靠地驗證仿真結(jié)論。